3 servocue-t3-ejercicios

CUESTIONES RESUELTAS
En el siguiente texto se ha introducido intencionadamente una palabra erró-
nea. Detectarla, razonar la incoherencia de la misma y, finalmente, sustituirla
por la palabra correcta
"Una desventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la
realimentación hace al sistema, en su respuesta, relativamente insensible a
las variaciones internas de parámetros del sistema".
(Selectividad andaluza)
La palabra incorrecta es desventaja que debería sustituirse por ventaja.
En un sistema de lazo cerrado las perturbaciones externas o internas no influyen
ya que, precisamente con la realimentación, obtenemos una señal de error entre la
entrada y la salida, que actúa sobre los elementos de control, haciendo que la
salida del sistema evolucione a un valor correcto
Represente mediante un diagrama de bloques la estructura de un sistema de
control de lazo cerrado. Para cada uno de los bloques, indique la función
que realiza y el nombre que reciben las variables de entrada y de salida.
(Selectividad andaluza junio-97)
Comparador
Controlador Planta
Entrada
+
-
Salida
Señal controlada
Transductor
Señal de
error
Señal de
mando
Señal de
referencia
Señal
realimentada
Señal de
control o
manipulada
Realimentación
Función de los bloques
Entrada: es el generador del valor de referencia o consigna. Proporciona una señal
de igual o distinto tipo que la señal de salida del sistema que se quiere controlar.
Comparador o detector de error: se encarga de comparar el valor de referencia o
señal de salida deseada con el valor medido a través de la realimentación. Dicha
comparación proporciona una señal de error o desviación de la salida respecto al
valor previsto.

Realimentación: está constituido por un captador y transductor adecuado que
permite transformar la variable de salida en otra que el sistema es capaz de inter-
pretar, midiendo en cada instante el valor de la señal de salida y entregando un
valor proporcional a dicha señal.
Elemento de control o regulador: mientras que la variable que se quiere controlar
está en el valor deseado, el regulador no actúa sobre la planta o proceso. Si dicho
valor se aleja del previsto, el regulador modifica su señal de salida para compen-
sar las variaciones.
Planta o proceso: lugar donde se realiza la acción de control. La señal de salida se
le llama señal controlada.
Transductor: transforma la señal de mando en otra que el sistema es capaz de
interpretar.
Decir si son correctas las siguientes afirmaciones y justificar brevemente las
respuestas:
a) La calefacción de mi aula no es un sistema de control, es un siste-
ma térmico.
b) La realimentación se utiliza en los sistemas de control para amplifi-
car más las señales de entrada.
c) Caminar en una dirección determinada constituye una operación de
control en lazo abierto, a menos que se use una brújula.
d) Los sistemas de control en lazo cerrado son más "inteligentes" que
los de lazo abierto.
a. No es correcta. Es un sistema de control puesto que pretendemos modificar
una variable de salida, la temperatura del aula, a través de una variable de en-
trada, posición del termostato, para lo que utilizamos una caldera, conduccio-
nes y radiadores, que constituyen el sistema de control.
b. No es correcta. La realimentación tiene por objeto proporcionar información al
sistema sobre el estado de la planta o variable de salida, aumentando o dismi-
nuyendo la señal de entrada para conseguir el nivel de salida deseado.
c. No es correcta. Para que fuese un sistema de lazo abierto habría que cerrar los
ojos que constituyen la realimentación del sistema. Con brújula o sin ella, po-
demos orientarnos sabiendo la hora y la posición del sol o de las estrellas.
d. Es correcta. Entendiendo como más inteligentes que son capaces de modificar
los estados de sus variables internas en función de la variable de salida para
una orden dada.

Indique las diferencias entre un captador y un actuador. Proponga dos
ejemplos para cada uno de ellos explicando su función en un sistema de
control.
(Propuesto Andalucía 96/97)
Un captador es un elemento que recibe una magnitud física o variable de entrada
y se la proporciona al transductor.
Un actuador es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controla-
dor y la adapta a un nivel adecuado según la variable de salida necesaria para
accionar el elemento final de control, planta o proceso.
Ejemplos de captadores: la palanca de un interruptor y la membrana de un micró-
fono.
Ejemplos de actuadores: un tiristor y un cilindro neumático.
Indique y justifique las ventajas y los inconvenientes que representan los
sistemas de control de lazo cerrado en comparación con los de lazo abierto.
La principal ventaja de los sistemas de lazo cerrado frente a los de lazo abierto es
que son poco sensibles a las distintas perturbaciones que afectan al sistema, ya
sean internas o externas.
El principal inconveniente que presentan los sistemas de lazo cerrado frente a los
de lazo abierto es que precisan de un lazo de realimentación entre la salida y la
entrada del sistema, con objeto de disminuir las variaciones en la salida. Por lo
tanto, son algo más complejos que los de lazo abierto y algo más caros. También
son más lentos al actuar.
Explique la función que realiza una L.D.R. Razone si podría utilizarse como
captador y como transductor.
(Selectividad andaluza septiembre-97)
Una L.D.R. o resistencia dependiente de la luz transforma la energía luminosa que
incide sobre ella en la variación de una magnitud eléctrica como es su resistencia.
La L.D.R. tiene un coeficiente negativo de resistencia, por lo que a más luz menos
resistencia y a menos luz más resistencia.
Puede utilizarse como captador o como transductor.
Desde el punto de vista constructivo, una L.D.R. puede actuar en su conjunto co-
mo captador-transductor.El captador es la superficie sensible a la luz, y el efecto
de transducción, la variación de la resistencia eléctrica como consecuencia de la
variación de luz.

Podemos, por otra parte decir, que desde el punto de vista de un sistema de lazo
cerrado, se suele denominar transductor si el elemento se coloca en la entrada del
sistema y captador si se coloca en el lazo de realimentación. En este caso también
podría actuar tanto como captador y transductor.
Defina los siguientes elementos: transductor, sensor y actuador.
Un transductor es un dispositivo que convierte una magnitud física, no interpreta-
ble por el sistema en otra sí interpretable.
Un sensor o captador es un elemento que recibe una magnitud física o variable de
entrada y se la proporciona al transductor.
Un actuador es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controla-
dor y la adapta a un nivel adecuado según la variable de salida necesaria para
accionar el elemento final de control, planta o proceso.
Explique la misión de un transductor. Clasifique, según su principio de fun-
cionamiento, los transductores de presión e indique algunos tipos de cada
grupo.
Un transductor tiene como misión transformar una magnitud física que no puede
interpretar el sistema en otra que sí puede interpretar.
Existen diversos tipos de transductores de presión.
Mecánicos: Manómetro de tubo en U
Tubo Bourdon
De hélice
De diafragma
De muelle en espiral
De fuelles
Electromecánicos: Resistivos
Capacitivos
Magnéticos
De equilibrio de fuerzas
Piezoeléctricos
Extensiométricos
Electrónicos: Térmicos
Mecánicos
Ionización
MacLeud

Sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado:
a) Explique, mediante un ejemplo, sus diferencias.
b) Dibuje el diagrama de bloques de ambos sistemas para el ejemplo
expuesto.
a. En un sistema de lazo abierto la señal de salida no influye sobre la señal de en-
trada.
Una estufa es un ejemplo de sistema de lazo abierto, donde podemos escoger
la potencia por medio de un conmutador. Una vez conectada, la habitación co-
menzará a calentarse y alcanzará una temperatura que sólo dependerá del
tiempo que esté conectada. Si se abre accidentalmente una ventana (perturba-
ción) habrá pérdidas de calor que el sistema no podrá por si mismo compensar
para mantener la temperatura deseada. Deberemos actuar sobre el conmuta-
dor de potencias posibles para llevar al sistema a la salida más adecuada para
que la habitación alcance de nuevo la temperatura deseada.
En un sistema de lazo cerrado la salida se compara con la entrada para que el
sistema proporcione la salida adecuada.
En un sistema calefactor en lazo cerrado, habrá un dispositivo que medirá en
todo momento la temperatura de salida (habitación) para realimentarla y com-
pararla con la temperatura de entrada requerida, de manera que actuará sobre
el elemento calefactor activándolo o desactivándolo para mantener la tempera-
tura requerida.
b.
Interruptor
Placa
eléctrica
Controlador Planta
Entrada Salida Temperatura
real
Conmutador
Sistema de lazo abierto
Planta
Conmutador
Dispositivo de
medida de
temperatura (NTC)
Comparador
Controlador
Entrada
Temperatura
deseada
+
-
Salida Temperatura
actual
(Termostato)
Placa
eléctrica
(resistencias)
Sistema de lazo cerrado

En relación con un sistema automático de control, responda a las siguien-
tes preguntas:
a) ¿Qué es un controlador y qué función realiza dentro de un sistema
automático.?
b) ¿Qué ventajas tiene el sistema de control en lazo cerrado sobre el
de lazo abierto?.
a. El controlador o regulador es el cerebro del sistema y su función es actuar o no
actuar, dependiendo del valor de la variable controlada.
Si la variable a controlar se mantiene en su valor previsto, el controlador per-
manecerá inactivo, no actuando sobre el elemento accionador. En cambio, si la
variable a controlar se aleja del valor previsto, el controlador modificará su se-
ñal de salida ordenando al accionador que actúe sobre la planta o proceso.
b. Un sistema de lazo cerrado no es sensible a las perturbaciones que afectan al
sistema, mientras que en el sistema de lazo abierto sí lo es.
Un sistema de lazo cerrado ofrece mayor exactitud entre los valores de refe-
rencia deseados y los valores reales obtenidos.
Un sistema de lazo abierto es más rápido y más sencillo que uno de lazo ce-
rrado.
Ponga el nombre a cada uno de los bloques y señales de la figura.
Comparador
Controlador Planta
Entrada
+
-
Salida
Señal controlada
Transductor
Señal de
error
Señal de
mando
Señal de
referencia
Señal
realimentada
Señal de
control o
manipulada
Realimentación

Defina el concepto de función de transferencia en un sistema de control.
¿En qué consiste la realimentación?
La función de transferencia se define como el cociente de la transformada de La-
place de las señales de salida y entrada.
Entrada
Sistema Salida
e(t) s(t)
Entrada Salida
G(s)
E(s) S(s)
Dominio temporal
Dominio complejo
( ) ( )
( )
( )
( )
t
e
L
t
s
L
E
S
S
G
S
S
=
=
De una forma más simple, es la expresión que relaciona la salida y la entrada de
un sistema de control.
La realimentación consiste en captar la variable de salida para compararla con la
variable de entrada.
Indique los distintos tipos de transductores de temperatura y explique el
principio de funcionamiento de los mismos.
Existen diversos tipos de transductores de presión, pero la mayoría se basan en la
variación de la resistencia eléctrica del elemento como consecuencia de la varia-
ción de la temperatura.
Termoresistencia RTD: Varía la resistencia de un material conductor con
la temperatura.
Termistor NTC: Semiconductor en el que disminuye su resistencia
con el aumento de la temperatura
Termistor PTC: Semiconductor en el que aumenta su resistencia
con el aumento de la temperatura
Termopares: Se produce una f.e.m. en la unión de dos metales
distintos al variar su temperatura.

Pirómetros de radiación: La intensidad de la radiación emitida por la super-
ficie de un cuerpo es directamente proporcional a
la cuarta potencia de la temperatura absoluta del
cuerpo.
Pueden ser ópticos o de radiación total.
Unión PN en inverso: Se basa en la corriente de portadores minorita-
rios, o corriente inversa de saturación de una
unión PN polarizada en inverso, que se incremen-
ta al aumentar la temperatura de la unión.
¿Cuál es la misión del controlador en un sistema automático? Indique el
nombre, el símbolo y las características de funcionamiento de tres controla-
dores fundamentales.
El controlador o regulador es el cerebro del sistema y es el que modifica la variable
de salida, actuando sobre la planta o proceso.
Si la variable a controlar se mantiene en su valor previsto, el controlador permane-
cerá inactivo, no actuando sobre el accionador. En cambio, si la variable a contro-
lar se aleja del valor previsto, modificará su señal de salida ordenando al acciona-
dor que actúe sobre la planta o proceso.
Los tres tipos de controladores son:
Nombre Símbolo Características
Integrador
La salida depende de la señal de error y del
tiempo durante el cual se mantiene la desvia-
ción de la salida con respecto al valor previs-
to.
Responde a la expresión:
∫ ⋅
= dt
e
t
S
1
donde: S es la salida
t el tiempo
e el error
Suele ir unido a un controlador proporcional.

Derivador
La salida cambia de manera proporcional a
las variaciones de la señal realimentada.
Responde a la expresión:
dt
dR
t
S ⋅
=
donde: S es la salida
t el tiempo
R la señal realimentada
Si R es constante 0
=
dt
dR
y no habrá control
derivado.
Suele ir unido a un controlador proporcional.
Proporcional
La salida varía con un valor proporcional a la
señal de error.
En el control proporcional siempre queda una
señal de error en el sistema.
Explique los métodos de medida empleados en los transductores de peque-
ños desplazamientos.
Los transductores de medida de pequeños desplazamientos se basan en la medi-
da de ángulos y longitudes.
Entre ellos destacamos:
Resistivos: Potenciómetro de desplazamiento lineal.
Potenciómetro de desplazamiento angular.
El potenciómetro consta de tres terminales, dos fijos y uno que
conecta un cursor que se puede desplazar entre los dos fijos.
Se aplica una tensión entre los terminales fijos, y entre el cur-
sor y uno de los terminales fijos se obtiene una tensión propor-
cional al desplazamiento.

Inductivos: Transformador diferencial de desplazamiento
Basado en el desplazamiento de un núcleo ferromagnético en
el interior de una o varias bobinas.
Capacitivos:
Considerando que 2
d
A
K
C = , si ponemos móvil una de las
armaduras de un condensador, su capacidad variará en fun-
ción de la distancia d entre armaduras.
Digitales: Permiten medir desplazamientos lineales y angulares suminis-
trándonos una señal de salida tipo digital. Entre ellos se en-
cuentran los codificadores digitales y los absolutos.
El siguiente diagrama de bloques ilustra un sistema de control de tempera-
tura de una habitación en lazo abierto.
Se pide:
a) Complete dicho diagrama para convertirlo en un sistema de control
a lazo cerrado.
b) Comente la finalidad de los elementos añadidos.
c) Explique el funcionamiento del conjunto.
a.
Planta
Conmutador
Dispositivo de
medida de
temperatura (NTC)
Comparador
Controlador
Entrada
Temperatura
deseada
+
-
Salida Temperatura
actual
(Termostato)
Placa
eléctrica
(resistencias)
b. Los elementos añadidos son el dispositivo de medida que constituye la reali-
mentación del sistema, el comparador de la señal realimentada (proporcional a
la señal de salida) y la señal de referencia (señal de entrada).
Entrada: Interruptor
cerrado o abierto
Conmutador
Eléctrica
Potencia Salida: cambio de
temperatura
Placa
Eléctrica

c. Se trata de un sistema de calefacción en el que si no existiera lazo de
realimentación, con un conmutador podríamos elegir la potencia de las
resistencias eléctricas de que consta la placa eléctrica. El sistema al ser
conectado calentaría la habitación y esta alcanzaría una determinada
temperatura dependiendo del tiempo de conexión. Si por alguna causa se
produjera una pérdida de calor, como al abrir una ventana, no habrá forma de
compensar el calor perdido. Al conectar el lazo de realimentación, el
dispositivo de medida de temperatura estaría midiendo en todo momento la
temperatura de salida (temperatura de la habitación) entregando una señal que
se compara con la señal de referencia (correspondiente con la temperatura
requerida), de manera que actuaría, si es necesario, sobre el conmutador,
activando o desactivando resistencias eléctricas de la placa para mantener
constante la temperatura de la habitación.
Un trabajador mantiene constante el nivel de un líquido en un recipiente, ob-
servándolo a través de un tubo de nivel situado en el lado del depósito,
ajustándolo a la cantidad de líquido que entra en él, abriendo o cerrando la
válvula de control. Para este sistema de control, se pide:
° La variable controlada.
° El valor de referencia.
° La señal de error.
° El controlador.
° El elemento final de control.
° El proceso.
° El dispositivo de medida.
La variable controlada: Nivel del líquido en el depósito.
El valor de referencia: Nivel requerido, que podría ser una marca
en el tubo de nivel.
La señal de error: La persona que observa el nivel (ojos) se-
ría el comparador y la señal de error que
entrega el comparador es la diferencia
entre el nivel requerido y el real (visto en el
tubo de nivel).
El controlador: La persona.
El elemento final de control: La válvula (se actúa con las manos).
El proceso: Nivel de agua del recipiente.
El dispositivo de medida: El tubo de nivel.

Proponga un sistema de control eléctrico por realimentación que pueda ser
utilizado para controlar la temperatura de un horno. La temperatura requeri-
da es de 300 ºC y tiene que mantenerse en este valor con una exactitud de
± 5 ºC. Efectúe la representación de dicho sistema mediante diagrama de
bloques.
Al ser un sistema eléctrico, la temperatura la obtendremos de un radiador o cale-
factor también eléctrico.
El sistema de control eléctrico podría ser el indicado a continuación.
Ajuste Termopar
Sistema eléctrico
R
Como transductor de la señal de salida realimentada podemos elegir un puente de
Wheatstone (una de las resistencias del puente podría ser una NTC), de manera
que la señal desequilibrada que entrega el puente podría ser la realimentación del
sistema..
La señal de entrada o consigna se podría obtener mediante la salida de una resis-
tencia ajustable a la que se le aplicaría tensión continua.
La NTC debe aguantar al menos 300 ºC y tener una exactitud de ± 5 ºC en el ran-
go de temperaturas.
Amplificador de
potencia
Puente de
Wheatstone
Horno
Comparador Controlador Planta
Entrada
Valor de
consigna
+
- Calefactor NTC
realimentación
error
El comparador podría ser un amplificador diferencial que nos entrega una señal de
error proporcional a la diferencia entre la señal de consigna y la de realimentación.
El controlador sería un amplificador de potencia capaz de controlar a las resisten-
cias del calefactor.

Describa el funcionamiento básico del sistema biológico formado por un ser
humano al caminar en una dirección determinada. Dibuje un diagrama de
bloques que represente dicho diagrama de control.
Los componentes básicos del sistema son
Entrada: dirección hacia la que se quiere caminar
Salida: dirección que realmente se sigue al caminar.
Controlador o regulador: el cerebro.
Planta o proceso: piernas y pies que sirven para caminar.
Comparador: el cerebro que compara la dirección deseada con la dirección real,
dando una señal de error, con la que se va corrigiendo las posibles desviaciones
de la dirección deseada, actuando sobre el sistema nervioso central y éste a su
vez sobre piernas y pies.
Cerebro
Ojos
Piernas y
pies
Entrada
Dirección
a seguir
+
-
Salida
Dirección
real
realimentación
Los ojos en esta ocasión servirían de realimentación ya que son los que captan la
dirección real y continuamente indican al cerebro la dirección en que se camina.
Describir los principales componentes del sistema de control en lazo cerra-
do constituido por una persona que conduce un automóvil y explicar su fun-
cionamiento. Indicar al menos tres causas que puedan convertir el sistema
en un control en lazo abierto.
Los componentes del sistema de control son: dirección de la carretera, dirección
del automóvil, ojos, manos, volante, automóvil y cerebro.
La señal de entrada es la dirección de la carretera delimitada por las marcas de la
carretera.
La señal de salida es la dirección que sigue el automóvil.
Se pretende mantener el automóvil sobre la carretera. Para ello el conductor, me-
diante sus ojos, observa si la dirección es la correcta, y en el caso de que haya
error, el cerebro se encarga de dar las órdenes al sistema nervioso central para
que las manos actúen sobre el volante del automóvil.

En este caso tanto el comparador como el control serían el cerebro y el elemento
de retroalimentación los ojos.
El circuito de lazo cerrado sería el indicado en la figura siguiente
Cerebro
Ojos
Volante
automóvil
Manos
Comparador Controlador Actuador Planta
Entrada
Dirección de
la carretera
+
-
Salida
Dirección del
automóvil
Sistema
nervioso
realimentación
Entre las causas que pueden convertir al sistema en lazo abierto, se pueden citar:
• Cerrar los ojos
• Pérdida de memoria
• Parálisis de las manos
• Distracción del conductor
• Fallo de los indicadores del vehículo
Represente, mediante diagrama de bloques, un sistema de control de tempe-
ratura de una habitación en los siguientes casos:
a) Cuando se realiza en lazo abierto.
b) Si se trata de un lazo cerrado.
Indique las variables de entrada y de salida de cada bloque así como sus
funciones.
a. El diagrama de bloques en lazo abierto puede ser el representado en la si-
guiente figura
Interruptor Habitación
Controlador Planta
Entrada
Temperatura
deseada
Salida
Temperatura
actual
Perturbaciones

Como se observa, la relación entre el calor radiado por las resistencias y la
temperatura de la habitación no se mantiene constante, ya que las resistencias
están continuamente radiando calor.
Si por ejemplo abrimos una ventana y entra aire frío (perturbación), el tiempo
para obtener la temperatura deseada es diferente.
b. El sistema en lazo cerrado tendría la siguiente representación:
Interruptor
Dispositivo de
medida de
temperatura (NTC)
Habitación
Comparador
Controlador Planta
Entrada
Temperatura
deseada
+
-
Salida
Temperatura
real
(Termostato)
realimentación
La variable de entrada sería la temperatura deseada.
La variable de salida sería la temperatura real.
Como controlador podemos elegir el interruptor.
La planta o proceso sería el lugar donde se actúa, la habitación.
La señal de error se puede obtener comparando (por ejemplo, con un termosta-
to) la temperatura de salida (con un dispositivo de medida de temperatura) y la
de entrada.
Identificar cada uno de los elementos que componen un sistema de control
en lazo cerrado con los que forman el sistema biológico constituido por una
persona cogiendo un objeto.
Los componentes que forman este sistema de control son: ojos, brazo, mano y
cerebro.
Los ojos son los elementos sensores que continuamente realimentan al cerebro la
posición de la mano.
La entrada al sistema es la posición del objeto, y la salida del sistema es la posi-
ción de la mano.
La señal de error es la distancia entre la posición del objeto y la de la mano.
El cerebro da la orden al sistema nervioso para que el brazo y la mano alcancen el
objeto. Los músculos serían amplificadores o actuadores para coger el objeto. El
cerebro actúa también como comparador.

Cerebro
Ojos
Brazos y
manos
Comparador
Posición
del objeto
+
-
Posición de
la mano
realimentación
Proponga un sistema de control simplificado que automáticamente encienda
y apague el alumbrado público en función de la luz ambiental. Mostrar un
diagrama de bloques del sistema y explicar la función de cada elemento.
El sistema de control simplificado es el que se propone a continuación.
Vcc
Ajuste
LDR
+
-
Red eléctrica
Sistema de control
y su diagrama de bloques
Interruptor o
contactor
Sistema con
fotocélula
Farolas
Entrada
Iluminación
deseada
+
-
Salida
Iluminación
producida
realimentación
La entrada es la iluminación deseada, a la que queremos que el alumbrado se
encienda.
La salida será la iluminación producida.
Mediante un comparador (por ejemplo, un amplificador diferencial) comparamos la
iluminación ambiental con la deseada. Si hay variaciones entre ellas (señal de
error) el interruptor o contactor se activa o desactiva encendiendo o apagando
respectivamente las luces de las farolas.

a) Qué función tiene asignada el controlador o regulador en un circuito
de control en lazo cerrado?
b) ¿Cuáles son los tres reguladores más utilizados en los sistemas de
control en lazo cerrado? Indique sus símbolos.
a. El controlador o regulador es el cerebro del sistema y su función es actuar o no
actuar, dependiendo del valor de la variable controlada.
Si la variable a controlar se mantiene en su valor previsto, el controlador per-
manecerá inactivo, no actuando sobre el elemento accionador. En cambio, si la
variable a controlar se aleja del valor previsto, el controlador modificará su se-
ñal de salida ordenando al accionador que actúe sobre la planta o proceso.
b. Los tres reguladores básicos o fundamentales son los siguientes:
Integrador Derivador Proporcional
pero los tres reguladores más utilizados son combinación de los anteriores:
Regulador proporcional - integrador PI
Regulador proporcional - derivador PD
Regulador proporcional - integrador - derivador PID

Esta página está intencionadamente en blanco

3 servocue-t3-ejercicios

Más contenido relacionado

La actualidad más candente (20)

Similar a 3 servocue-t3-ejercicios (20)

Último (20)

3 servocue-t3-ejercicios